Нанотехнологии в строительстве

5784
Нанотехнологии в строительстве

Фото: Martin Pettitt

Владимир Мороз Генеральный Директор научно-производственного объединения «Инженерное товарищество», Новочеркасск


На какие вопросы Вы найдете ответы в статье «Нанотехнологии в строительстве»

  • Как получить краску с уникальными эксплуатационными характеристиками
  • Какая технология позволяет снизить себестоимость цемента более чем вдвое
  • К появлению каких продуктов привело производство дешевых фуллероидов и водосовместимых фуллероидных составов
  • Как построить дом с помощью 3D-принтера
  • Какие технологии позволяют восстанавливать и реконструировать здания

 

«Нано» как первая часть сложных слов служит для обозначения величин размером 10−9 метра. Иначе говоря, слова с этой частью могут определять любые технологии, оперирующие веществами на таком размерном уровне.

Развитие ряда сфер производственной деятельности напрямую зависит от свойств используемых материалов. Сегодня многие технологические направления достигли пика своих возможностей или как минимум приблизились к нему: прочность, термо- и химическая стойкость, вес и другие свойства веществ используются в полную силу.

Дальнейшее развитие отраслей требует от материалов новых качеств. Эти свойства можно получить, модифицируя характеристики материалов на наноуровне. Нанотехнологии позволяют менять свойства уже используемых материалов и создавать новые – с комбинированными, неизвестными ранее характеристиками. Приведу несколько примеров из близкой мне строительной сферы.

 

Предельное повышение химической активности веществ

Если обычный мел специальным образом обработать и добавить в водоэмульсионную краску (даже самого плохого качества), а затем пропустить эту смесь через активирующий смеситель, мы получим краску с уникальными эксплуатационными характеристиками: прочность, сцепление (адгезия), морозостойкость повысятся в несколько раз, а так называемая укрывистость станет такой, что белая краска с первого нанесения полностью закроет, скажем, слой сажи на потолке. При этом подобная модификация, как это ни парадоксально, снижает стоимость краски, поскольку добавляемый в нее мел стоит намного дешевле ее самой.

 

Безобжиговое производство цемента

Химический состав веществ и физические характеристики процесса остаются прежними. Меняется только химическая активность частиц исходного сырья – она повышается до максимума. Эта технология представляет собой сочетание нескольких известных ранее методов – создание максимально большой удельной поверхности частиц при мелкодисперсном помоле и их последующую механическую активацию. В результате себестоимость производства цемента снижается более чем в два раза, а его качество заметно повышается. Производство становится более компактным и экологически чистым. Появляется возможность использования сырья низкого качества без его обогащения теми или иными составляющими (гипсовыми или глинистыми), как при традиционной технологии.

 

Дезинфекция с помощью частиц наносеребра

Раствор на основе наночастиц серебра, нанесенный на любые поверхности (например, на стены в детском саду или больнице), обеспечивает абсолютную дезинфекцию, причем практически навсегда. Образуемый под воздействием света (естественного или искусственного) так называемый живой кислород убивает все известные виды вирусов. Такой дезинфицирующий материал стоит недорого, поскольку серебра в нем очень мало. Подобные материалы разрабатывает концерн «Наноиндустрия».

 

Фуллероидные составы в строительных материалах

Замечательный ученый Андрей Пономарев разработал две прорывные для строительной индустрии технологии производства фуллероидов из дешевого сырья и водосовместимых фуллероидных составов.

Фуллероиды представляют собой гигантские каркасные однослойные либо многослойные молекулы, составленные из сочетания углеродных гексагонов и пентагонов. Это образования с большим количеством свободных валентных связей, поэтому, попав в среду другого материала, они выстраивают дополнительные цепочки очень прочных внутренних связей. Таким образом достигается упрочнение материала и придание ему новых свойств. Кроме того, удалось решить проблему несмачиваемости материалов из углерода. Сами по себе фуллероиды в промышленности использовать практически невозможно в силу их очень малой величины. Поэтому их добавляют в тот или иной рабочий раствор, пока не будет получена необходимая консистенция (например, при приготовлении бетона – в воду).

 

Внедрение нанотехнологии в строительстве приведет к значительным техническим и экономическим достижениям в нашем бизнесе. Вот, например, какие уникальные продукты уже появляются.

  • Бетон, воспринимающий нагрузки на изгиб и растяжение без каркасного металлического армирования. Пока получены только лабораторные результаты. Предстоит создать промышленную технологию, позволяющую гарантированно распределить новые высокопрочные связи равномерно по объему бетона. 
  • Дорожная одежда в виде сплошной бесшовной ленты из наномодифицированного бетона. Технология, позволяющая на порядок снизить затраты в дорожном строительстве и при этом существенно сократить его сроки и улучшить качество, была представлена в финале конкурса «Русские инновации» в 2008 году и одобрена к применению в дорожном строительстве на рабочем совещании у министра транспорта. Однако пока она нигде не используется: сначала нужно наладить производство модификаторов, а также выпустить соответствующий ГОСТ.
  • Сверхпрочный бетон. Новый материал не уступает броневой стали, что важно для многих объектов специального назначения. Он применялся, например, при восстановлении конструкций космодрома в Плесецке, за которое наши специалисты были награждены медалями «За верность Родине».

 

3D-печать

Сейчас разрабатывается материал, характеристики которого должны сочетать достаточную прочность и быстрое схватывание. Подобный материал позволит использовать в строительстве 3D-принтер. Эта технология будет незаменимой в экстренном строительстве (после стихийных бедствий) и в сфере бюджетного жилья. Только представьте: дом вместе с перегородками, полом, кровлей, необходимыми технологическими полостями и отверстиями создается на строительной площадке специальным принтером. Процессом управляет один оператор при поддержке технолога-строителя. Вот тогда жилье в самом деле станет доступным!

 

Подобные разработки ведутся по всему миру. Например, серию экспериментов провело Европейское космическое агентство при поддержке многих известных фирм (в частности, знаменитого архитектурного бюро Foster and Partners). Цель – построить на Луне космическую базу из местных материалов. Британская фирма Monolite представила принтер D-Shape; он оборудован набором мобильных насадок, установленных на шестиметровую раму и распыляющих связующее вещество на строительный материал, аналогичный песку. «Распечатки» ложатся слой за слоем. Прежде устройство применялось для создания скульптур и искусственных коралловых рифов, защищающих пляжи от морских волн.

 

Эффект лотоса

Технология, с помощью которой создана прозрачная поверхность здания Национального центра исполнительских искусств в Пекине, носит красивое название «эффект лотоса». Уникальное строение листьев лотоса позволяет им всегда оставаться чистыми. Подобное им по строению нанопокрытие купола над центром также не подвержено загрязнению; достигается это за счет высокой плотности частиц, не дающих грязи и капелькам воды задерживаться на куполе.

Полупрозрачные нанопокрытия, производимые по шанхайской технологии, имеют способность накапливать солнечную энергию. Такие пленки наносятся на окна домов; придавая им стильный вид и позволяя освещать внутреннее помещение, они в то же время ощутимо снижают расходы на электроэнергию.

 

Полимерный купол для города

Немецкая фирма Vector Foiltec производит конструкции, позволяющие перекрывать большие площади без промежуточных опор. Панели сделаны из энергосберегающих мембран, создающих эффект термоса. В зимнее время в здании, над которым установлен такой купол, сохраняется тепло, а в летнее – не уходит созданная кондиционерами прохлада. Если накрыть таким куполом целый город где-нибудь в Заполярье, система отопления не потребуется. В качестве примеров перечислю объекты, на которых уже использована эта технология: оранжереи в ботаническом саду «Эдем» (Великобритания), стадион «Альянс Арена» (Германия), бассейн площадью100 000 кв. м, построенный для Олимпийских игр 2008 года в Пекине.

 

Восстановление аварийных объектов

Нанотехнологии позволяют восстанавливать аварийные здания, а также проводить их реконструкцию, учитывая дополнительные нагрузки (например, надстройку любого количества этажей). Реконструкция, для проведения которой не требуется отселять жильцов, актуальна, в частности, для сейсмоопасных регионов, например для Сочи, где многоэтажные здания почти во всей центральной части города не отвечают требованиям сейсмостойкости. А возможность надстраивать здания позволяет инвесторам экономить на стоимости земли, поскольку затраты на увеличение этажности сопоставимы со стоимостью нулевого цикла.

 

Я возглавлял проекты по восстановлению аварийных объектов без прекращения их эксплуатации, работая в НПО «Синтетика-Строй». В 2005 году мы устранили дефекты несущих конструкций здания Госстроя России в Москве (ул. Строителей, 8) и конструкций космодрома в Плесецке. А в 2004 году восстановили фундаменты компрессорной станции Новочеркасского электровозостроительного завода. Завод централизованно снабжается сжатым воздухом от специальной станции с огромными компрессорами. Фундаменты под ними постепенно разрушаются. Представляете, что значит демонтировать фундамент такого размера из тяжелого бетона и залить новый? Основная проблема даже не в стоимости работ, а в том, что не меньше чем на полтора месяца приходится останавливать компрессор. Нам удалось восстановить и укрепить эти фундаменты, не прекращая работу оборудования, и они служат по сей день. Самая сложная задача – не столько поднять такой тяжелый объект, сколько удержать его в равновесии. Решается она с помощью специальной системы управления домкратными узлами, которая очень чутко реагирует на малейшие движения объекта. Система разработана специалистами Таганрогского радиотехнического института и успешно освоена компанией «Интербиотех» (Ростов-на-Дону) под руководством Виталия Зотова; эта фирма наладила и собственное производство большегрузных домкратов (см. также: Примеры работ по подъему и выравниванию высотных зданий).

 

Другие нанотехнологии в строительстве позволяют укреплять и стабилизировать самые сложные и проблематичные грунты в основаниях зданий. На российском рынке эти решения представлены фирмой PowerCem Union Lda. Технологии особенно актуальны для водонасыщенных грунтов, поскольку постоянно текущие коммуникации, разрушающие структуру основания зданий, – серьезная проблема городской среды. Стабилизация грунта применяется также в 90% работ на аварийных объектах.

Примеры работ по подъему и выравниванию высотных зданий

  • Россия, Москва, 1995 год. 14-этажный дом по адресу Марьинский парк, 10б. Исправлен крен89 см. Масса здания – 12 000 т. Здание отрезалось от фундамента, а для его подъема и выравнивания использовались 132 домкратных узла (специальных домкратных агрегатов).
  • Грузия, Тбилиси, 1999 год. 9-этажный дом по адресу ул. Готуа, 20. Исправлен крен1,15 м. Масса здания – 10 500 т. Применялось 120 домкратных узлов.
  • Польша, Катовице, 2002 год. 10-этажный дом по адресу ул. Оссовского, 22. Исправлен крен 80 см. Масса здания – 9000 т. Применялось 74 домкратных узла.
  • Работы были выполнены компанией «Интербиотех» (Ростов-на-Дону).

По материалам автора статьи 


Справка


Владимир Мороз окончил Новочеркасский политехнический институт (ныне – Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова) по специальности «промышленное и гражданское строительство», прошел курс обучения на Ленинградских высших курсах при МВД СССР по специальности «уголовный розыск», окончил Ростовскую государственную академию архитектуры и искусств (ныне – Институт архитектуры и искусств) по специальности «архитектор-реставратор». Награжден медалью «За верность Родине» за работы на объектах специального назначения. Финалист всероссийского конкурса «Русские инновации» 2008 года, медалист международных инновационных конкурсов, победитель конкурса «Лучшие товары и услуги Дона».

 

НПО «Инженерное товарищество»

Сфера деятельности: восстановление аварийных объектов; инжиниринговое обслуживание

Численность персонала: 320

Годовой оборот: до 300 млн руб. (усредненный показатель за пять лет)

Подписчик журнала «Генеральный Директор»: с 2013 года



Подписка на статьи

Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

Школа руководителя

Школа руководителя

Проверьте свои знания и приобретите новые

Записаться

Самое выгодное предложение

Самое выгодное предложение

Станьте читателем уже сейчас

Живое общение с редакцией

А еще...



Доставка новостей@

Оформите подписку, чтобы не пропустить свежие новости

150 000 + ваших коллег следят за нашими новостями




© 2011–2016 ООО «Актион управление и финансы»

Журнал «Генеральный Директор» –
профессиональный журнал руководителя

Все права защищены. Полное или частичное копирование любых материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции журнала «Генеральный Директор». Нарушение авторских прав влечет за собой ответственность в соответствии с законодательством РФ.


  • Мы в соцсетях
Зарегистрируйтесь на сайте и документ Ваш! Это бесплатно и займет всего минуту!

Вы сможете бесплатно скачать документ, а также получите доступ к сервисам на сайте для зарегистрированных пользователей:

  • методики, проверенные на практике
  • библиотека Генерального Директора
  • правовая база
  • полезные подборки статей
  • участие и просмотр вебинаров

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт
Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль